За да декарбонизирате химическата промишленост, електрифицирайте я
Химическата индустрия е най-големият индустриален консуматор на сила в света и третият по величина източник на промишлени излъчвания, съгласно Международната организация по енергетика. През 2019 година индустриалният бранш като цяло е виновен за 24 % от световните излъчвания на парникови газове. И въпреки всичко, до момента в който светът се надпреварва да откри пътища за декарбонизация, химическата промишленост е значително недокосната.
„ Когато става дума за дейности в региона на климата и справяне с излъчванията, идващи от химическия бранш, бавният ритъм на прогрес е частично механически и частично се дължи на съмнението от страна на политиците да влияят прекомерно върху икономическата конкурентоспособност на бранша “, споделя Дхарик Малапрагада, основен откривател в Енергийната самодейност на MIT.
С толкоз доста от продуктите, с които взаимодействаме в всекидневието си – от сапун до сода за самун до торове – произлизащи от артикули на химическата индустрия, секторът се трансформира в главен източник на икономическа интензивност и претовареност за доста народи, в това число Съединените щати и Китай. Но защото световното търсене на химически артикули продължава да пораства, нарастват и излъчванията на промишлеността.
Трябва да се разработят и внедрят нови устойчиви способи за химическо произвеждане и актуалните технологии за химическо произвеждане с интензивни излъчвания би трябвало да бъдат преразгледани, приканват създателите на нова публикация, оповестена в Joule. Изследователи от DC-MUSE, мултиинституционална изследователска самодейност, настояват, че електрификацията, захранвана от нисковъглеродни източници, би трябвало да се преглежда по-широко като жизнерадостен път за декарбонизация за химическата индустрия. В тази публикация те хвърлят светлина върху разнообразни евентуални способи за реализиране на тъкмо това.
„ Като цяло схващането е, че електрификацията може да играе роля в този бранш – в доста стеснен смисъл – в това, че може да размени изгарянето на изкопаеми горива, като обезпечи топлината, която изгарянето обезпечава “, споделя Малапрагада, член на DC-MUSE. „ Това, което твърдим, е, че електрификацията може да бъде доста повече от това. “
Изследователите обрисуват четири софтуерни пътя – вариращи от по-зрели, краткосрочни разновидности до по-малко софтуерно зрели разновидности, нуждаещи се от вложения в научни проучвания – и показват опциите и провокациите, свързани с всеки от тях.
Първите два пътя непосредствено заменят топлината, създадена от изкопаеми горива (което улеснява реакциите, присъщи на химическото производство) с електричество или електрохимично генериран водород. Изследователите допускат, че и двата разновидността могат да бъдат разгърнати в този момент и евентуално да се употребяват за модернизиране на съществуващи уреди. Електролитният водород също се акцентира като опция за подмяна на водород, създаден от изкопаеми горива (процес, който отделя въглероден диоксид) като сериозна химическа суровина. През 2020 година водородът, основан на изкопаеми горива, задоволи съвсем цялото търсене на водород (90 мегатона) в химическата и рафиниращата индустрия – най-големите консуматори на водород.
Изследователите означават, че увеличението на ролята на електричеството в декарбонизацията на химическата индустрия ще повлияе директно на декарбонизацията на електрическата мрежа. Те акцентират, че за сполучливото използване на тези технологии тяхната работа би трябвало да се координира с електрическата мрежа по взаимноизгоден метод, с цел да се избегне претоварването ѝ. „ Ако желаеме съществено да декарбонизираме бранша и да разчитаме на електричеството за това, би трябвало да бъдем изобретателни в метода, по който го използваме “, споделя Малапрагада. „ В противоположен случай рискуваме да сме се справили с един проблем, като в това време сътворяваме голям проблем за мрежата в процеса. “
Електрифицираните процеси имат капацитета да бъдат доста по-гъвкави от стандартните процеси, задвижвани от изкопаеми горива. Това може да понижи разноските за химическо произвеждане, като разреши на производителите да пренасочат потреблението на електрическа енергия към моменти, когато цената на електрическата енергия е ниска. „ Гъвкавостта на процесите е изключително въздействаща по време на напрегнати условия на електрическата мрежа и може да помогне за по-доброто пригаждане на възобновимите генериращи запаси, които са непостоянни и постоянно са едва свързани с ежедневните цикли на електрическата мрежа “, споделя Юрий Дворкин, асоцииран професор по научни проучвания в Johns Hopkins Ralph O' Институт за устойчива сила Конър. „ Полезно е за евентуалните осиновители, тъй като може да им помогне да избегнат потреблението на електрическа енергия по време на интервали на високи цени. “
Дворкин прибавя, че някои междинни енергийни носители, като водород, евентуално могат да се употребяват като високоефективно предпазване на сила за ежедневни интервенции и като дълготрайно предпазване на сила. Това би помогнало за поддържане на електрическата мрежа по време на рискови събития, когато обичайните и възобновимите генератори може да не са налични. „ Прилагането на дълготрайно предпазване е от необикновен интерес, защото това е основен фактор за общество с ниски излъчвания, само че не е необятно публикувано отвън помпените хидроблокове “, споделя той. „ Въпреки това, защото предвиждаме електрифицирано химическо произвеждане, значимо е да се подсигурява, че доставяното електричество се доставя от генератори с ниски излъчвания, с цел да се предотврати приключването на излъчвания от химическия към енергийния бранш. “
Следващите два въведени пътя — потребление на електрохимия и плазма — а са по-малко софтуерно зрели, само че имат капацитета да заменят енергийно и въглеродно-интензивни термохимични процеси, употребявани сега в промишлеността. Чрез разбиране на електрохимични процеси или реакции, ръководени от плазма вместо това, химичните трансформации могат да се появят при по-ниски температури и налягания, което евентуално покачва успеваемостта. „ Тези реакционни пътища също имат капацитета да дадат опция за по-гъвкави съоръжения, отговарящи на мрежата, и внедряването на модулни индустриални съоръжения, които употребяват разпределени химически първични материали като боклуци от биомаса – в допълнение повишавайки устойчивостта в химическото произвеждане “, споделя Мигел Модестино, шеф на Инициатива за стабилно инженерство в инженерното учебно заведение Tandon на Нюйоркския университет.
Голяма преграда пред дълбоката декарбонизация на химическото произвеждане е обвързвана с неговата комплицирана, многопродуктова природа. Но, съгласно откривателите, всеки от тези пътища, задвижвани от електричество, поддържа декарбонизацията на химическата индустрия за избор на разнообразни първични материали и решения за изхвърляне в края на виталния цикъл. Всеки би трябвало да бъде оценен в цялостни технико-икономически и екологични оценки на виталния цикъл, с цел да се претеглят компромисите и да се открият подобаващи индикатори за разноските и успеваемостта.
Независимо от определения път, откривателите акцентират нуждата от интензивно проучване и развиване и внедряване на тези технологии. Те също по този начин акцентират значимостта на образованието и развиването на работната мощ, протичащи паралелно с развиването на технологиите. Както Андре Тейлър, шеф на DC-MUSE, изяснява: „ Има здравословен песимизъм в промишлеността във връзка с електрификацията и приемането на тези технологии, защото това включва обработка на химикали по нов метод. “ Работната мощ на разнообразни равнища на промишлеността не е наложително да е била изложена на хрумвания, свързани с мрежата, електрохимията или плазмата. Изследователите споделят, че образованието на работната мощ на всички равнища ще помогне за построяването на по-голяма убеденост в тези разнообразни решения и ще подкрепи насоченото от клиентите приемане в промишлеността.
„ Няма сребърен патрон, който е нещо като общоприета линия с всички решения за изменението на климата “, споделя Малапрагада. „ Всеки вид има плюсове и минуси, както и неповторими преимущества. Но осъзнаването на портфолиото от варианти, в които можете да употребявате електричество, ни разрешава да имаме по-добри шансове за триумф и за понижаване на излъчванията – и да го вършим по метод, който поддържа декарбонизацията на мрежата. “
Тази работа беше подкрепена частично от Фондация Алфред П. Слоун.
